毕业论文-卧式镗床液压系统设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘 要 本次毕业设计是针对卧式镗床的液压系统进行设计， 除了满足主机在动作和 性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简 单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主 要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它相 关元件的设计。 此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中， 巩固和深化 已学知识， 掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法， 正确合理的确定执行机构， 选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压 系统。 作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广 泛。 本次设计将以卧式镗床的液压系统设计为例，介绍液压系统的设计方法和设 计步骤， 其中包括液压系统的工况分析、 主要参数确定、 液压系统原理图的拟定、 液压元件的选择、系统性能验算等。 关键词关键词：卧式镗床，液压系统，工况，油缸 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 Abstract The graduation project is designed for horizontal boring machine s hydraulic system , in addition to meeting the requirements in the host action and performance requirements , but also must comply with the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation , use and easy maintenance and some accepted universal design principles. The design of the hydraulic system is mainly based on known conditions , to determine the design of the hydraulic work program , hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other related components. The design is mainly their learned knowledge combined with auxiliary materials applied to the design , to consolidate and deepen the knowledge already learned to master the general steps and methods of hydraulic system design calculations to determine the correct and reasonable actuators, hydraulic components selection criteria can skilled use of basic hydraulic circuit , consisting of a hydraulic system to meet the basic performance requirements . As a highly efficient machine tools, combination tools in large numbers , the production of a large number of machining a wide range of applications. The design will be horizontal boring machine hydraulic system design as an example, the hydraulic system design methods and design steps, including conditions of the hydraulic system analysis to determine the main parameters , select the hydraulic system schematic formulation, hydraulic components , system performance checking and so on. Keywords: Horizontal boring machine , Hydraulic system, Operating conditions , Cylinder 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目 录 摘 要 1 Abstract . 2 第一章 绪论 5 1.1 镗床的概述. 5 1.2 液压系统概述. 5 1.3 选题背景. 6 1.4 课题研究现状. 6 1.4.1 国外研究现状. 6 1.4.2 国内研究现状. 7 第二章 卧式镗床工况分析 8 2.1 工作参数选定. 8 2.2 系统工况分析. 8 2.2.1 运动分析 8 2.2.2 负载分析 9 第三章 液压系统总体设计 11 3.1 确定主要参数. 11 3.1.1 液压缸的工作压力的确定. 11 3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 . 12 3.1.3 液压缸工况图的绘制 13 3.2 液压系统方案选型与分析. 15 3.2.1 方案分析. 15 3.2.2 方案确定. 16 3.3 液压回路选择. 16 3.3.1 调速方式的选择. 16 3.3.2 调速与速度换接回路. 16 3.3.3 换向回路. 18 3.3.4 组成液压系统原理图. 18 第四章 液压缸的设计 20 4.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求 20 4.1.1 缸体 20 4.1.2 缸盖 20 4.1.3 活塞 20 4.2 液压缸主要尺寸的确定. 21 4.2.1 液压缸壁厚和外径的计算 21 4.2.2 液压缸工作行程的确定 22 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.2.3 缸盖厚度的确定 23 4.2.4 最小导向长度的确定 23 4.2.5 缸体长度的确定 24 4.2.6 固定螺栓得直径 s d . 24 4.2.7 液压缸强度校核 24 4.3 液压缸的结构设计 26 4.3.1 缸体与缸盖的连接形式 26 4.3.2 活塞杆与活塞的连接结构 27 4.3.3 活塞杆导向部分的结构 27 4.3.4 密封装置 28 4.3.5 缓冲装置 29 4.3.6 排气装置 30 4.3.7 液压缸的安装结构 31 第五章 液压元件的计算和选择 32 5.1 确定液压泵和电机的规格. 32 5.2 油箱的设计 32 5.2.1 液压油箱有效容积的确定. 32 5.2.2 液压油箱的外形尺寸. 32 5.2.3 液压油箱的结构设计. 33 5.2.4 油箱的制造工艺. 33 5.2.5 油箱各零件的作用. 33 5.3 阀类元件和辅助元件的选择. 35 5.4 其它元件的选择. 35 5.4.1 过滤器的选择. 35 5.4.2 压力表及压力表开关的选择 36 5.4.3 液位计的选择 37 5.4.4 油管的选择. 37 第六章 液压系统的验算 38 6.1 压力损失的验算 38 6.2 发热温升的验算. 40 结 论 42 致谢 43 参考文献 44 附录：英文文献翻译 45 英文文献翻译原文 50 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第一章 绪论 1.1 镗床的概述 主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。 通常， 镗刀旋转为主运动， 镗刀或工件的移动为进给运动。 它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔 的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀 具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是 大型箱体零件加工的主要设备。螺纹及加工外圆和端面等。 由于制造武器的需要，在 15 世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769 年 J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。 1774 年英国人 J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。 1776 年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880 年前后，在德国开始生产带 前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20 世纪 30 年代 发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50 年代出现了落地镗铣床。20 世纪 初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了 坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。 有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。 镗床分为卧式镗床、落地镗铣床、金刚镗床和坐标镗床等类型(见彩图)。 卧式镗床：应用最多、性能最广的一种镗床，适用于单件小批生产和修理车间。 落地镗床和落地镗铣床：特点是工件固定在落地平台上，适宜于加工尺寸和重 量较大的工件,用于重型机械制造厂。金刚镗床:使用金刚石或硬质合金刀具， 以很小的进给量和很高的切削速度镗削精度较高、表面粗糙度较小的孔，主要用 于大批量生产中。坐标镗床：具有精密的坐标定位装置，适于加工形状、尺寸 和孔距精度要求都很高的孔，还可用以进行划线、坐标测量和刻度等工作，用于 工具车间和中小批量生产中。其他类型的镗床还有立式转塔镗铣床、深孔镗床和 汽车、拖拉机修理用镗床等。 1.2 液压系统概述 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、 辅助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能， 指液压系统中的 油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和 柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方 向。 根据控制功能的不同， 液压阀可分为压力控制阀、 流量控制阀和方向控制阀。 压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制 阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、 梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀 和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、 胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型 液压油等几大类。 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成， 信号控制部分用于驱动液压动 力部分中的控制阀动作。 1.3 选题背景 随着我国经济的快速发展，机械制造业的壮大，在国民经济中占重要地位的 制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备 的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统 的地位越来越重要。 近几年，液压传动由于应用了计算机技术、信息技术、自动控制技术、新材 料等后取得了新发展，使液压系统和元件正向高压、高速、高精度、高效率的方 向发展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上取得新的成就。液压系 统的发展方向是：创制新型技能、微型元件、高度的组合化、集成化和模块化和 微电子结合，走向智能化。 总之，液压工业在国民经济中的作用是很大的，它常常用来衡量一个国家工 业水平的重要标志之一。与世界主要的工业国家相比，我国的液压工业还有相当 差距，标准化、优质化的工作有待于继续做好，智能化的工作刚刚起步，为此必 须急起直追，才能迎头赶上。 1.4 课题研究现状 1.4.1 国外研究现状 液压技术自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有 300 多年的 历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后 60 多年的时间内，战后液压技 术迅速向民用工业转移， 在机床、 工程机械、 农业机械、 汽车等行业中逐步推广。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 20 世纪 60 年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技 术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高 速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液 压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算 机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术， 以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 1.4.2 国内研究现状 我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的， 而液压控制技术的发展 则更晚一些，目前，液压控制技术已成为一种极为广泛的基础技术，尽管我国国 民经济各领域也获得了极为广泛的应用， 单液压及控制技术长期落后于国外的现 状还是严重制约了我国主体水平的提高和工业自动化的实现。 因而迅速提高我国 液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来， 我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的 高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低 噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术 产品。为应对我国加入 WTO 后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新， 不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配 套，取得较好的经济效应和社会效应。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第二章 卧式镗床工况分析 2.1 工作参数选定 选定卧式镗床的要求参数如下： 要求循环：快进工进快退停止； 切削推力：25000N； 行程：快进行程 400mm，工进行程 50mm； 运行速度：V 快进=V 快退=6m/min、V 工进=0.05-0.10m/min； 运动部件重 G=9800N； 摩擦系数：静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fa=0.1； 液压缸机械效率： 9 . 0 ； 快速起动时间不大于 0.2s。 2.2 系统工况分析 2.2.1 运动分析 根据设计要求，该铣床的工作循环为：“快进工进快退停止”的自动 工作循环，且各工部速度如下： 快进、快退速度为：V 快进=V 快退=6m/min 工进速度为：V 工进=0.05-0.10m/min 绘制运动部件的速度循环图如图 2-1 所示。 图 2-1 速度循环图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.2.2 负载分析 液压缸所受外载荷 F 包括三种类型，分别为工作负载、摩擦阻力负载、惯性 负载即： F = Fw+ Ff+ Fa 1）工作负载 Fw 对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本设计中工进工 作负载即为切削推力故： Fw=25000N 2）导轨摩擦阻力负载 Ff 启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨 Ff可以由下式求的： Ff = f ( G + FRn ) G 运动部件重力 9800N； FRn 垂直于导轨的工作负载，此设计中为零； f导轨摩擦系数，取静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1。求得 Ffs = 0.2 9800N = 1960N Ffa = 0.1 9800N = 980N 上式中 Ffs 为静摩擦力，Ffa 为动摩擦力。 3）运动部件速度变化时的惯性负载 Fa Fa = G g v t 式中 g重力加速度； t加速或减速时间，本设计中要求不大于 0.2s，取t=0.1s； vt时间内的速度变化量。 故： Fa = 9800 9.8 6 0.1 60 N =1000N 根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表 2-1） ，并画出如图 2-2 所示的负载循环图。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 表 2-1 工作循环各阶段的外负载 序 工作循环 外负载 F(N) 1 启动、加速 F = Ffs + Fa 2960 2 快进 F = Ffa 980 3 工进 F = Fw+ Ffa 25980 4 快退启动加速 F = Ffs + Fa 2960 5 快退 F = Ffa 980 图 2-2 负载循环图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第三章 液压系统总体设计 3.1 确定主要参数 3.1.1 液压缸的工作压力的确定 执行元件的工作压力可以根据负载循环图中的最大负载来选取， 也可以根据 主机的类型了确定（见表 3-1 和表 3-2） 。 表 3-1 按负载选择执行元件的工作压力 负载/ KN 50 工作压力/MPa ）取背 压为 MPap6 . 0 2 。 表 3-3 执行元件背压的估计值 系 统 类 型 背压 p1 （MPa） 中、低压系统 08MPa 简单的系统和一般轻载的节流调 速系统 0.20.5 回油路带调速阀的调速系统 0.50.8 回油路带背压阀 0.51.5 采用带补液压泵的闭式回路 0.81.5 中高压系统 816MPa 同上 比中低压系高 50%100% 高压系统 1632MPa 如锻压机等 出算可忽略 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 为了节省能源宜选用较小流量的油源。 利用单活塞缸差动连接满足快进速度 的要求，且往复快速运动速度相等，这样就给液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 规 定了dD2的关系。由此求得液压缸无杆腔面积为: 24- 2 1 1 109 .106 2 6 . 0 39 . 0 25980 2 m N p p F A m ）（）（ mm A D7 .116 109 .10644 4 1 mm mmd d5 .82 2 7 .116 2 活塞杆直径可以由d/D值算出， 由计算所得的 D 与 d 的值分别按表 3-4 和表 3-5 圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。 表 3-4 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括号内数值为非优先选用值 表 3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 2 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由 GB/T2348-1980 查得标准值为 D=125mm，d=90mm。由此计算出液压缸 的实际有效面积为: 2 22 1 7 .122 4 125 4 cm D A 2 2222 2 1 .59 4 90125 4 - cm dD A ）（）（ 对选定后的液压缸内径 D，必须进行稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 的有效工作面积 A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效工作面积 min A，即 A min A min A = min min q v 式中 m i n q流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中 查得。 m i n v液压缸的最低速度，由设计要求给定。 如果液压缸节流腔的有效工作面积 A 不大于计算所得的最小有效工作面积 min A，则说明液压缸不能保证最小稳定速度，此时必须增大液压缸的内径，以满 足速度稳定的要求。 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式（3-4）可得 A min min q v = 3 0.05 10 5 cm2 =10cm2 式中qmin是由产品样品查得GE系列调速阀AQF3-E10B的最小稳定流量为 0.05L/min。调速阀安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应该选取液 压缸无杆腔的实际面积，即 A = A1 = 122.7cm2 可见上述不等式满足，液压缸能够达到所需低速。 3.1.3 液压缸工况图的绘制 油缸各工况的压力、流量、功率的计算如下： （1）计算各工作阶段液压缸所需的流量 min/2 .3861 .597 .122- 121 LvAAq）（）（ 快进 min/22. 161. 00.105. 07 .122 21 LvAq）（ 工进 min/5 .3561 .59 32 LvAq 快退 （2）计算各工作阶段液压缸压力 快速进给时液压缸做差动连接。 由于管路中有压力损失， 取此项损失为P= P2- P1=0.5MPa，同时假定快退时回油压力损失为 0.5MPa。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 MPa AA pA F p m 636. 0 101 .597 .122 105 . 0101 .59 9 . 0 980 4 64 21 2 ）（ 快进 MPa AA pA F p m 64. 2 107 .122 106 . 0101 .59 9 . 0 25980 4 64 21 22 工进 MPa AA pA F p m 22. 1 101 .59 105 . 0107 .122 9 . 0 980 4 64 21 2 快退 （3）计算各工作阶段系统输入功率 KWqpP KWqpP KWqpP 43. 05 .3522. 1 032. 022. 164. 2 24. 02 .38636. 0 快退快退快退 工进工进工进 快进快进快进 根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功 率，如表 3-6 所示，并根据此绘制出其工况图如图 3-1 所示。 表 3-6 液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率 工作阶段 系统负载 m F/N 回油腔压 力 2 p/MPa 工作腔压力 1 p/MPa 输入流量 q/L/min 输入功 率 P/W 快速前进 1089 1.036 0.636 38.2 240 工作进给 28867 0.6 2.64 1.22 32 快速退回 1089 0.5 1.22 35.5 430 注：取液压缸机械效率9 . 0 m 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-1 液压缸的工况图 3.2 液压系统方案选型与分析 3.2.1 方案分析 (1)以速度变换为主的液压系统 1）能实现工作部件的自动工作循环，生产率高； 2）快进与工进时，其速度与负载相差较大； 3）要求进给速度平稳、刚性好，有较大的调速范围； 4）进给行程终点的重复位置精度高，有严格的顺序动作。 （2）以换向精度为主的液压系统 1）要求运动平稳姓高，有较低的稳定速度； 2）启动与制动迅速平稳、无冲击，有较高的换向频率（最高可达 150 次/min） ； 3)换向精度高，换向前停留时间可调。 （3）以压力变换为主的液压系统 1）系统压力要经常变换调节，且能产生很大的推力； 2）空程时速度大，加压时推力大，功率利用合理； 3）系统多采用高低压泵组合或恒功率变量泵供油，以满足空程与压制 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 时，其速度与压力的变化。 （4）多个执行元件配合工作的液压系统 1）在各执行元件动作频繁换接，压力急剧变化下，系统足够可靠，避免误 动作； 2）能实现严格的顺序动作，完成工作部件规定的工作循环； 3）满足各执行元件对速度，压力及换向精度的要求。 3.2.2 方案确定 卧式镗床的主要部件是动力滑台。 动力滑台其中的液压滑台是利用液压缸将 泵站所提供的液压能转变成滑台运动所需的机械能。 它的液压系统的特点是驱动 功率一般属于中小功率，速度变化范围大，附在变化也大。为了保证加工元件的 表面质量，要求液压系统的速度稳定性要好，所以选择以速度变换为主的液压系 统作为卧式镗床的液压系统。 根据工况分析，所设计镗床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度 控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统 设计的核心。 3.3 液压回路选择 3.3.1 调速方式的选择 由于机床液压系统调速是关键问题，因此首选调速回路。有工况图可知：所 设计的机床液压系统功率小， 为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前 冲，液压缸回油腔应有一定的背压，故可采用回油路调速阀调速回路。 3.3.2 调速与速度换接回路 这台机床的液压滑台工作进给速度低，传递功率也较小，很适宜选用节流调 速方式，由于钻孔时切削力变化小，而且是正负载，同时为了保证切削过程速度 稳定，采用调速阀进口节流调速，为了增加液压缸运行的稳定性，在回油路设置 背压阀，分析液压缸的 V-L 曲线可知，滑台由快进转工进时，速度变化较大，选 用行程阀换接速度，以减小压力冲击。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-2 调速与速度换接回路 从工况图上可以清楚地看到：整个工作循环过程中，液压缸要求交替提供快 行程的低压大流量和慢行程的高压小流量油液。最大流量与最小流量之比约为 24。而快进、快退所需时间为： s v L v L t5 . 8 1000 60 6 450 1000 60 6 400 3 3 1 1 1 工进时间为： s v L t60 1000 60 05. 0 50 2 2 2 则有： 88. 0 5 .68 60 11 2 tt t 因此该液压系统运行过程中 88%的时间处于小流量工进状态， 从降低成本的 角度出发，不宜选用双联泵，只需用单个定量泵就可以。现确定定量泵方案如图 3-3 所示。 图 3-3 泵供油油源 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.3.3 换向回路 此镗床快进时采用液压缸差动连接方式，使其快速往返运动，即快进、快退 速度基本相等。 滑台在由停止转快进， 工进完毕转快退等换向中， 速度变化较大， 为了保证换向平稳， 采用有电液换向阀的换向回路， 由于液压缸采用了差动连接， 电液换向阀宜采用三位四通阀，为了保证机床调整时可停在任意位置上，现采用 中位机能 O 型。 快进时，液压缸的油路差动连接，进油路与回油路串通，且又不允许经背压 阀流回油箱。转为工进后进油路与回油路则要隔开，回油则经背压阀流回油箱， 故须在换向阀处、在进、回路连通的油路上增加一单向阀，在背压阀后增加一液 控顺序阀，其控制油与进入换向阀的压力油连通，于是快进时液压缸的回油被液 控顺序阀切断（快进空行程为低压，此阀打不开） ，只有经单向阀与进油汇合， 转工进后（行程阀断路） ，由于调速阀的作用，系统压力升高，液控顺序阀打开， 液压缸的回油可经背压阀回油箱，与此同时，单向阀将回油路切断，确保液压系 统形成高压，以便液压缸正常工作。绘出该部分回路图。 为了控制轴向加工尺寸， 提高换向位置精度， 采用行程开关做终点转换控制。 图 3-4 换向回路 3.3.4 组成液压系统原理图 根据上面选定的基本回路，在综合考虑设计要求，便可组成完整的液压系统 原理图，如图 3-5 所示。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-5 镗床液压系统图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第四章 液压缸的设计 液压缸是液压传动系统中的执行元件， 用来实现工作机构直线往复运动或小 于 360摆动运动的能量转换装置。活塞缸结构简单、工作可靠，因此在液压系 统中得到了广泛的使用。在完成了液压系统的设计后，还必须对主要参数进行计 算与校核，确定液压缸的材料，并对液压缸各部分的结构进行了设计。 4.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求 4.1.1 缸体 液压缸缸体的常用材料一般为 20、35、45 号无缝钢管，铸铁可采用 HT200HT350 间的几个牌号或球墨铸铁。 由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和 弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制 造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用 Q235。铸件需进行正火消除内应力处理。 1）缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度， 可采用 H8、H9 配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra 为 0.10.4 m，当活塞用 活塞环密封时，Ra 为 0.20.4 m，且均需研磨。 2）缸体内径D的圆度公差值可按 9、10、11 级精度选取，圆柱度公差应按 8 级精度选取。 3）缸体端面的垂直度公差可按 7 级精度选取。 4）缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用 6 级精度的米制螺纹。 5）当缸体带有耳环或轴销时，孔径D或轴径d的中心线对缸体内孔轴线垂 直公差值按 9 级精度选取。 此液压缸体的外径需要与机架配合， 应进行加工， 且与中心线同轴度的要求。 装卸时需把吊环螺栓吊起。所以缸体端部选用螺纹连接，螺纹连接径向尺寸小， 质量轻，使用广泛。装卸需用专用工具，安装时应防止密封圈扭曲。 4.1.2 缸盖 本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用 HT200 铸铁，导向套选用铸 铁 HT200，以使导向套更加耐用。 4.1.3 活塞 液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计液压缸 活塞材料选用 45 号钢，需要经过调质处理。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1）活塞外径 D 对内孔 d 的径向跳动公差值，按 7、8 级精度选取。 2）端面 T 对内径 d 轴线的垂直度公差值，应按 7 级精度选取。 3）外径 D 的圆柱度公差值，按 9、10、11 级精度选取。 4）活塞与缸体的密封结构由前可以选用 O 型密封圈。 4.2 液压缸主要尺寸的确定 液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备， 由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确 定。 液压缸的工作压力3P MPa，缸筒内径 D=125mm，活塞杆外径 d=90mm。 4.2.1 液压缸壁厚和外径的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内 压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚的不同而各异。一般计算时可以分为薄 壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径 D 与其壁厚的比值 D/10 的圆筒称为薄壁圆筒。起重运 输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁 厚按薄壁圆筒壁厚公式计算 2 y p D 式中 液压缸壁厚（m） 。 D液压缸内径（m） 。 y p试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（MPa） 。额 定压力 n p16Mpa,取 y p=1.5 n p1.5 34.5 MPa。 缸筒材料的许用应力。 = b n ，其中 b 为材料抗拉刚度， n 为安全系数，一般取 n = 5。 b 的值为：锻钢： b = 110120 MPa；铸钢： b = 100110 MPa；无缝钢管： b = 110110 MPa；高强度铸铁： b = 60MPa；灰 铸铁： b = 25MPa。 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使得液压缸 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 的刚度往往不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程 卡死或者漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式公式进行校核。 对于 D/10 时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。 对于脆性材料以及塑性材料 0.4 1 21.3 y y p D p 式中的符号意思与前面相同。 液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径 1 D为 1 D D+2 式中 1 D值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。 在设计中，取试验压力为最大工作压力的 1.5 倍，即 y p = 1.5 3MPa =4.5MPa。而缸筒材料许用应力取为 b = 100 MPa。 应用公式 2 y p D 得， 4.5 125 14.06 2 100/5 mm 下面确定缸体的外径，缸体的外径 1 D D+2 = 125+2 14.06mm = 153.12mm。在液压传动设计手册中查得选取标准值 1 D = 155mm。在根据内径 D 和外径 1 D重新计算壁厚， = 1 2 DD = 155 125 2 mm = 15mm。 4.2.2 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定， 并且参照表 4-1 中的系列尺寸来选取标准值。 表 4-1 液压缸活塞行程参数系列 （mm） 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 240 260 300 340 380 420 480 530 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。 由已知条件知道最大工作行程为 450mm,参考上表系列，取液压缸工作行 程为 450mm。 4.2.3 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度 t 按强度要求可以用下面两式进行 进似计算。 无孔时： 2 0 . 4 3 3 y p tD 有孔时： 2 20 0.433 y p D tD Dd 式中 t缸盖有效厚度（m） 。 2 D缸盖止口内径（m） 。 0 d缸盖孔的直径（m） 。 在此次设计中，利用上式计算可取 t=40mm 4.2.4 最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面的距离 H 称为 最小导向长度（图 3-2） 。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起 的挠度）增大，从而影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定得最小导 向长度。 对于一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求 202 LD H 式中 L液压缸的最大行程。 D液压缸的内径。 为了保证最小导向长度 H，如果过分增大 1 l 和 B 都是不适宜的，必要时可以 在缸盖和活塞之间增加一个隔套 K 来增加 H 的值。隔套的长度 C 由需要的最小 导向长度 H 决定，即 1 1 2 CHlB 在此设计中，液压缸的最大行程为 450mm，液压缸的内径为 125mm，所以 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 应用公式 202 LD H 的 202 LD H = 450125 202 mm =85mm。 活塞的宽度 B 一般取得 B =（0.61.0）D；缸盖滑动支撑面的长度 1 l，根据 液压缸内径 D 而定。 当 D80mm 时，取 1 (0.61.0) Dl ； 当 D80mm 时，取 1 (0.61.0) dl 。 活塞的宽度 B = （0.61.0）d =5490mm，取 70mm 4.2.5 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。 缸体外形长度还 要考虑到两端端盖的厚度。 一般液压缸缸体长度不应该大于内径的 2030 倍。 缸 体长度 L = 400+100mm=500mm。 4.2.6 固定螺栓得直径 s d 液压缸固定螺栓直径 s d按照下式计算 5.2 s kF d Z 式中 F液压缸最大负载。 Z固定螺栓个数。 k螺纹拧紧系数，k = 1.121.5。 根据上式求得 5.2 s kF d Z = 5.2 1.3 28867 3.14 6 100 = 10.3mm 4.2.7 液压缸强度校核 1）缸筒壁厚校核： y p D D (10) 2 当时，壁厚应满足。 y y 0.4p DD (10)1 2 0.3p 当时，壁厚应满足。 前面已经通过计算得：D = 125mm, = 15mm。则有 D 8.33 10， 所以为厚壁缸。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 = 15mm y y 0.4p D 1 2 0.3p = 1251000.4 4.5 1 21000.3 4.5 = 11.12mm， 可见缸筒壁厚满足强度要求。 2）活塞杆稳定性的验算： 活塞杆受轴向压缩负载时， 它所承受的轴向力 F 不能超过使它稳定工作所允 许的临界负载 k F ，以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。 k F 的值与 活塞杆材料性质、截面的形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。 活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行 k k F F n 式中 k n安全系数，一般取 k n=24。 当活塞杆的细长比 k l r 12 时 k F = 2 2 2 EJ l 当活塞杆的细长比 k l r 12 时，且 12 = 20120 时，则 k F = 2 2 1 k fA l r 式中 l安装长度，其值与安装方式有关。 k r 活塞杆截面最小回转半径， k r = J A 。 1 柔性系数。 2 由液压缸支承方式决定的末端系数。 E活塞杆材料的弹性模量，对刚取 E = 112 2.06 10/N m 。 J活塞杆横截面惯性矩，A 为活塞杆横截面积。 f由材料强度决定的实验值。 根据验算，液压缸满足稳定性要求。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.3 液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：液压缸缸 体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分的结构、密封 装置、缓冲装置、排气装置、以及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件的不 同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。 4.3.1 缸体与缸盖的连接形式 缸体与缸盖常见连接方式有法兰连接式、半环连接式 、螺纹连接式 、拉杆 连接式 、焊接式连接等。 图 4-1 常见的缸筒和缸盖结构 图 4-1 所示为常见的缸盖和缸筒连接形式。图 4-1a 为法兰式连接结构，这 种连接结构简单、成本低廉，容易加工，便于装卸，强度较大，能够承受高压。 但是外形尺寸较大，常用于铸铁制的缸筒上。 图 4-1b 为半环式连接结构，这种连接分为外半环连接和内半环连接两者形 式。它们的缸筒壁部由于开了环形槽而削弱了强度，为此有时要增加壁厚。它容 易加工和装卸、重量较轻，半环连接是一种应用较为普遍的连接结构，常用于无 缝钢管和锻钢制的缸筒上。 图 4-1c、f 为螺纹连接形式，这种连接分为外螺纹连接和内螺纹连接两者形 式。它的缸筒端部结构复杂，外径加工必须要求同时保证内外径同心，装卸要使 用专用工具，它的外形尺寸和重量都比较小，结构紧凑，常常用于无缝钢管和锻 钢制的缸筒上。 图 4-1d 为拉杆式连接形式，这种连接结构简单，工艺性好、通用性强、易 于装拆，但是端盖的体积和重量都非常大，拉杆在受力后容易拉伸变长，从而影 响密封效果，仅适用于长度不大的中低压缸。 图 4-1d 为焊接式连接，这种连接形式强度高，制造简单，但是焊接时容易 引起缸筒的变形。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。通过 综合考虑，在此设计中，缸体端部与缸盖采取法兰连接的形式。 4.3.2 活塞杆与活塞的连接结构 活塞和活塞杆的结构形式有很多，常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺 纹式连接和半环式连接等多种形式，如图 4-2 所示。半环式连接结构复杂，装卸 不便，但是工作可靠。 图 4-2 活塞杆与活塞的结构 此外，活塞